SESAME / CASSE Status und Bedarfsplanung SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 SESAME CASSE DIM PP K. Seidensticker DLR (Köln)

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1 SESAME / CASSE Status und Bedarfsplanung SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 SESAME CASSE DIM PP K. Seidensticker DLR (Köln)

2 SESAME CASSE DIM PP 2 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Übersicht n Projektplan: Ziele n SESAME Status (PC #6) n Weiterentwicklung CASSE n Aufgaben und Bedarf

3 SESAME CASSE DIM PP 3 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 SESAME Ziele im Projektplan Wissenschaftliche Zielsetzungen (Kap. 1.4.3.2) „SESAME als Ganzes: Messung von physikalischen Eigenschaften der Oberfläche des Zielkometen und seiner Aktivität Für CASSE wurden folgende Zielstellungen definiert: Messung der Schallgeschwindigkeit von Kompressions- und Scherwellen in der Umgebung des Philae Landeplatzes Ermittlung elastischer Parameter der Kometenoberfläche und ihrer zeitlichen Veränderung aus den Schallgeschwindigkeitsdaten Messung externer seismischer Ereignisse (Überwachung der Kometenaktivität) Messung der Oberflächentemperatur eventuell: Bestimmung des Aufbaus der kometaren Oberflächenschicht (akustische Tomographie)“ Umsetzung der Ziele in der Phase E (Kap. 1.4.3.3) „Messung in der Umlaufbahn (z.B. Teilcheneinschläge auf Philae-Sohlen und DIM- Detektor)“

4 SESAME CASSE DIM PP 4 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Status: PC #6 Aktivitäten

5 SESAME CASSE DIM PP 5 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Flugsoftware FM-2 n Major upgrades implemented / planned for SW FM-2 CASSE: Implementation of Triggered Mode: detection of external signals like cometary quakes and MUPUS-PEN insertion CASSE: Fixing of wrong channel assignment (due to FPGA program flaw: missing reset) (postponed to FM-3) CASSE: New temperature measuring mode DIM: Autonomous measuring depending on dust flux and sensor status (implemented, but ground tests needed ) PP: Improved data sampling strategy and on-board data evaluation for active and passive modes General: HK data content improved; time-stamp included; science data processing revised n FM-2 successfully uploaded during PC #6 (September 2007)

6 SESAME CASSE DIM PP 6 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 EGSE Software n EGSE software “AliBaba” for SESAME Goals –Quick-look data check (science data and HK) and export –For all hardware versions in use (FM, GRM, EGSE) –Browsing on telemetry level Version 1.5.2 released –Fully qualified for all PC #6 SESAME procedures and flight software FM-2 n Implemented AliBaba upgrades Improved presentation and analysis of PP and DIM data Display of CASSE Triggered Mode Presentation of revised health-check and housekeeping data Improved service for lab operation: handle increasing file size during measurements

7 SESAME CASSE DIM PP 7 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Neue Temperaturmessung n Links: keine Temperaturwerte unter -104.52°C n Unten: Neues Messverfahren mit zwei Spannungsreferenzen; Temperaturen (Spannungen) sind in Spalten 4 und 6; Kalibration während Steins Fly-By

8 SESAME CASSE DIM PP 8 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 CASSE Listening n Messung: 9 Kanäle parallel n Sample-Rate: 1500 Hz pro Kanal

9 SESAME CASSE DIM PP 9 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Spektrum eines Reaction Wheels n Komplexes Schwingungsbild als Funktion der Umdrehungszahl (RPM) n Die harmonische Schwingung mit Ordnungszahl 4,9 hat mehrere Maxima n Diplomarbeit M. Krause, 2007 B. Kettner und R. Harris, Astrium GmbH 2001, RO-DSS-TN-1133

10 SESAME CASSE DIM PP 10 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 IDP während PC #6? (I) n New EAFT n 29. September 2007 n 2. CASSE Triggered Mode n Komplette Zeitreihen n 5979 Samples / Zeitreihe n Trigger Level: +20 und - 20 ADC-Einheiten n “Rauschen”: Vibrationen durch Orbiter Reaction Wheels XYZXYZ Nominale Achsen:

11 SESAME CASSE DIM PP 11 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 IDP während PC #6? (II) n Ausschnittsvergrößerungen um Trigger-Zeitpunkt t = 100 ms n Philae z-Achse zeigte in Flugrichtung n IDP oder thermisches “Knacken” der Sohle? XYZXYZ

12 SESAME CASSE DIM PP 12 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Technische Probleme CASSE n Keine Messung von Temperaturen < -104,5°C Neue Meßmethode in Flugsoftware FM-2 (PC #6) Kalibration: geplant für Steins Fly-By n Kanal- und Sample-Verschiebungen durch fehlenden Hardware- Reset Nicht in Software FM-2 implementiert n Unterschiedliche Offsets der Zeitreihen Funktion der Sample-Rate, Kanalzahl etc. n Abschneiden von schwachen Signalen beim Nulldurchgang n Elektronische (?) Vibration bei 687 Hz (und Vielfachen) bei Sample-Rate von 10 kHz Abhängigkeit von der Sample-Rate?

13 SESAME CASSE DIM PP 13 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Lokalisierung (Zeitdifferenzen) n Lokalisierung des PLUTO Mole in einem Container mit Dunit (c p = 100 m/s) Horizontale Entfernung [m]

14 SESAME CASSE DIM PP 14 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Lokalisierung (Polarisation) (I) Gemittelte Zeitreihen einer Lokalisierungsmessung Das Signal wurde um t 0 = 10 ms abgeschickt. Die Schallgeschwindigkeit c p im Sand beträgt 190 m/s. Position der 3D-Beschleunigungswerte im Zeitfenster t - t 0 = 1,0... 3,2 ms

15 SESAME CASSE DIM PP 15 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Lokalisierung (Polarisation) (II) Dreidimensionale Lokalisierung eines Piezoemitters (source) im mit Sand gefüllten Experimentcontainer

16 SESAME CASSE DIM PP 16 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Erkennung von Strukturen n Stapelplot (Refraktogramm) der Y-Signale des Experiments Dunite 3 n Schallgeschwindigkeiten: Dunit: 100 m/s Holz: 190 m/s (x-Achse) n Messungen: Chr. Krause

17 SESAME CASSE DIM PP 17 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Diplomarbeiten n Reiner Wahl „Finite-Elemente-Simulation der Ausbreitung von Schallwellen in porösen Medien im Hinblick auf das CASSE Experiment“ Universität des Saarlandes, 2006 n Martin Krause „Untersuchung von Vibrationen an Bord der ESA-Mission Rosetta mit dem Instrument CASSE“ Fachhochschule Aachen, 2007 n PP: Juha Virtanen „Theory and praxis of the permittivity probe quadrupole measurements“ University of Helsinki, 2006

18 SESAME CASSE DIM PP 18 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Verbesserung des CASSE Betriebs n Mittelwertbildung n Automatische Bestimmung des Hintergrundes Offset, Rauschen (für Triggered Mode) n Datenkompression n Verbesserung des Triggered Mode n Mängelkompensation bei CASSE (z. B. fehlender Hardware-Reset) Durch neue Software, neue Betriebsmodi oder Analyse n Numerisches Modell der CASSE-Elektronik n Thermalmodell der Sohlen Temperaturmessung auf dem Kometen Nutzung der Daten während des Steins-FlyBy

19 SESAME CASSE DIM PP 19 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Komplexe Mess- und Analysemethoden n Schwingungsmodell der Sohlen und Füße n Modellierung der Schallausbreitung durch den Kometenboden n On-Bord-Auswertung von Teilchenimpakten n Messung des Landeaufpralls n Registrierung des Eindringens des MUPUS-Pen n Veränderung der Eigenschwingungen der Sohlen nach der Landung auf dem Kometen (Hertz’sche Pressung) n Struktur der Kometenoberfläche (Seismogramm, Phased Array etc.)

20 SESAME CASSE DIM PP 20 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Aktueller Projektplan: SESAME

21 SESAME CASSE DIM PP 21 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Streichungen und Mehrbelastung n Streichungen 43 kEUR Restmittel aus SESAME Entwicklungsphase (Schreiben H. Orlicek vom 23.1.2006) 3 PJ (davon 1 PJ bis Ende 2013) von DLR-Programmatik (Email M. Brockers vom 7.11.2005) n Mehrbelastung Zusätzliche Archivierungsaufgaben (ca. 1 PJ) (Email H. Böhnhardt vom 11. April 2007) Komplexere (fehlerhaft) Kommunikation mit CDMS Einschränkungen in der CASSE-Elektronik

22 SESAME CASSE DIM PP 22 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Benötigte Simulationsanlagen AnlageAufgaben Planetenkammer - Schallausbreitung unter TV-Bedingungen (auch zum Test der Interaktion mit MUPUS und SD2) - Instrumentsignal bei simulierter Landung Kleine Simulationskammer - Thermisches Sohlenverhalten - Aufprall von Teilchen auf Sohlen - Schallausbreitung durch Fuß - Elastizitätskonstanten durch Hertz’sche Pressung Testcontainer - Schallausbreitung durch granulare Medien - Test der Registrierung von MUPUS-Pen Signalen Kältelabor - Schallausbreitung durch gefrorene granulare Medien - Simulation der Landung

23 SESAME CASSE DIM PP 23 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 SESAME und CASSE Dokumente DokumentAufwand in PM A / Bemerkung S/W User Guide FM-2Teil von A2 S/W User Guide FM-2Teil von A6 PP S/W Implementation and TestTeil von A2 CASSE KalibrationTeil von A9 und A3 EAICDTeil von A9 Sensor AIV1 (Restarbeiten) CVP-Report1 (Restarbeiten) Harness and Grounding2 Cruise Activities Plan1 Operation PlanTeil von A13 Quick-Look Checkout ReportsTeil von P4 FM-ADP3 CASSE User Guide4 A ) PM = Personen-Monate

24 SESAME CASSE DIM PP 24 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Permanente Aufgaben Nr.AufgabenpaketBeschreibung Jährlicher Personal- bedarf (in PJ) B Aktuelle Personal- abdeckung (in PJ) B Bemerkung P-1 Wissenschaftliche Leitung - Wissenschaftliche Weiterentwicklung - Vertretung des Experimentes - Betreuung von Diplom- und Doktorarbeiten (CASSE) 0,2 PI P-2Koordination - Organisation der Zusammenarbeit der Instrumententeams - Finanzplanung und -verwaltung 0,2 PI P-3 Knowledge Management - Dokumentenmanagement - Datensicherung - Koordination Archivierung 0,20,1 P-4SESAME Betrieb in Cruise Phase Entwicklung von Befehlssequenzen, Durchführung (u. a. Labor- und GRM- Verifikation), Ressourcenermittlung und Auswertung der Resultate (Dokumentation) 0,5 bis Beginn von Hibernation B ) PJ = Personen-Jahre

25 SESAME CASSE DIM PP 25 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Aufgaben bis Ende Hibernation (I) Nr.AufgabenpaketBeschreibung Gesamter Personalbedarf (in PJ) B Erledigter Teil (in PJ) B Ungefähre Dauer (Jahre) Bemerkung A1SESAME CVP-Betrieb Planung, Durchführung (u. a. Verifikation mit Philae GRM) und Auswertung von SESAME Messungen während der CVP 10,9erledigt bis auf Dokumentation A2 Flug-Software-Update (FM-2) Flug- und Bodensoftware nach Funktions- erweiterung von SESAME, CASSE, DIM & PP: Spezifikation, Implementierung, Test & Debugging, Dokumentation 1,51,40,4erledigt bis Nov. 2007 (PC #6) A3CASSE Funktionserweiterung und Betriebsoptimierung - Langzeitmessungen, Mittelung von Zeitreihen, automatische Signaloptimierung - Neue Messmodi wie: Lokalisierung von Signalen, Teilchenregistrierung und Erfassung von MUPUS- Pen Signalen - Ermittlung von H/W-Eigenschaften, z.B. Offsets und Re-Kalibrierung 20,53 A4CASSE Modellierung - Numerisches Modell der Schallausbreitung durch Fuß, Landegestell und poröses Material (Kometenoberfläche) - Mathematisches Modell der CASSE Elektronik (CASSE S/W Simulator) 314 z. T. durch Diplom- und Doktorarbeiten, deren Finanzierung zum Teil über externe Mittel erfolgen soll. (1 PJ) A5CASSE Software - Erweiterung der Spezifikation der CASSE Flug- Software - Spezifikation und Entwicklung der CASSE Analyse Software 14 A6Flug-Software Upgrade (FM-3) Spezifikation, Implementierung, Test & Debugging, Dokumentation 12Aufwand bestimmt von Paketen A3 bis A5 B ) PJ = Personen-Jahre

26 SESAME CASSE DIM PP 26 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Aufgaben bis Ende Hibernation (II) Nr.AufgabenpaketBeschreibung Gesamter Personalbedarf (in PJ) B Erledigter Teil (in PJ) B Ungefähre Dauer (Jahre)Bemerkung A7SESAME Quick-Look Bodensoftware AliBaba Planung, Implementierung, Test, Dokumentation 10,73 vor allem mit stud. Hilfskraft A8SESAME Planungssoftware Kommandogenerator, Ressourcenberechnung, Kontrolle von Einschränkungen, Export, Dokumentation 10,53 Erledigung zum Teil mit stud. Hilfskraft (TBD) A9 SESAME Archivierung- Definition der Formate für PDS (z.B. Level-0 Spezifikation der Telemetrie-Daten) - EAICD - Beschreibung der CASSE Messmodi und Auswerteverfahren 20,44 Erledigung zum geringen Teil (0,5 PJ?) durch DIM und PP Teams A10 Dokumentationu. a.: Sensor AIV, Harness & Grounding, FM-ADP, Cruise activities, CVP-Report, CASSE User Guide 1 A11 Diverse Hardware- Entwurf und Fertigung Labor-Landegestell - Fertigung von FS- und Lab2-Sohlen - Fertigung von FS- und Lab2-Harness - Fertigung und Integration von GRM2-Elektronik, einschließlich EGSE-2 0,50,3 Erledigung zum Teil durch Aufträge A12Test und Kalibrierung- Instrumente unter Thermal-Vakuum-, Labor- und Gelände-Bedingungen (Gletscher); - CASSE-Interaktion mit MUPUS - CASSE-Temperaturmessung (PT1000) - SESAME-Touch-Down-Verhalten 10,2 Erledigung zum Teil (0,3 PJ) durch Diplom- und Doktorarbeiten A13Planung des Betriebs während der Kometenphase - Definition verschiedener kometennaher Betriebsphasen (z. B.: S-D-L, First Science Sequence); Iteration mit Philae-Team - Dokumentation 10,55 B ) PJ = Personen-Jahre

27 SESAME CASSE DIM PP 27 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Bedarfskalkulation 7/2007 - 2013 Jahr Personen- Jahre Bemerkung 20070,5ab Juli 20082 20091,5 20101 20111 20121 20131 Summe8,0 20070,5 Prof. Thiel, ab Juli Total8,5 DLR Projektplan und Universität Köln Aufgabe Personen- Jahre Bemerkung P1 - P34,06,5 x 0,6 P42,04,0 x 0,5 Permanent6,0 A31,5 A411 PJ extern, Dissertation A51 A61 A80,5 A91CASSE- und SESAME-Anteil A101 A120,5Ohne wiss. Ausbildung (0,3 PJ) A130,5 Pakete8,0 Total14,0 SESAME Bedarf Die Restarbeiten in den Paketen A1, A2, A7 und A11 wurden ignoriert bzw. werden durch stud. Hilfskräfte und Aufträge erledigt.

28 SESAME CASSE DIM PP 28 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Geplante SESAME Aktivitäten PC #6: FM-2 Upload Steins FlyBy: Thermale Kalibration PC # 10: FM-3 Upload PC #12: Fly-Wheel Test, IF-Test? Lutetia FlyBy: Suche nach IDPs? 2014: FM-4 Upload?

29 SESAME CASSE DIM PP 29 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Zusammenfassung n Erfolgreicher Upload der neuen Flugsoftware FM-2 Erweiterter Messbereich für Temperaturen CASSE Triggered Mode PP on-board Datenauswertung Stabilere Interaktion mit CDMS n Laufende Entwicklung von CASSE Auswerteverfahren Lokalisierung, Strukturen Diplomarbeiten n SESAME ist um mindestens 5,5 PJ unterfinanziert Zusatzfinanzierungen für wissenschaftliche Ausbildung und Ergänzungsarbeiten

30 SESAME CASSE DIM PP 30 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Aufgaben für das DLR 1.Einstellung von Dr. Fischer für vorerst 2 Jahre ermöglichen  Mittel sind vorhanden 2.Neue organisatorische Struktur für SESAME  Akzeptable und stabile Arbeitsbedingungen 3.Erhöhung der Projektplanmittel für SESAME  Momentan: „Zum Sterben zu viel, zum Leben zu wenig“

31 SESAME CASSE DIM PP 31 SESAME Review Berlin, 16. Oktober 2007 Messeinrichtungen n DLR Planetenkammer Thermal-Vakuum-Kammer, Durchmesser 1,2 m, Doppelwand n Kleine Kammer Thermal-Vakuum-Kammer, Durchmesser 0,6 m n Kältelabor Normalluft, Volumen 2 x 2 x 3 m 3, bis -35°C Auch für Schwingungs-Untersuchungen (DFG-Projekt) n Container für Vibrationsmessungen (DFG-Projekt) Volumen ca. 0,6 x 0,6 x 2,5 m 3